基于物理核心素养导向小专题课堂教学设计*
——以“物体的动态平衡”为例

柯尊淦

(佛山市第一中学 广东 佛山 528000 )

1 内容及内容分析

本节课为学生学完“共点力平衡”的一节关于力的合成与分解的规律应用课，课本内没有单独开设这一节内容，但基于物体的动态平衡问题在日常生活中较为普遍，而且其中蕴含着非常丰富的物理思想，如建模思维、数形结合思维、寻找不变量思维、将动态转化为静态的思维，此类问题需要学生在事物的动态变化中，洞察，分析，抽象概括，逻辑推理，进而解决问题，对培养学生的科学思维和形成物理观念，提升学生的物理核心素养是一个很好的训练载体，故一般在授课时，将其作为单独一节课来讲授．

2 目标和目标解析

2.1 物理观念

通过观察吊环体育运动和生活现象，总结、提出并掌握力的动态平衡的概念及平衡条件．

归纳总结动态平衡的特点．

2.2 科学思维

(1)深化对物体的动态平衡的认识，初步掌握数形结合、动态平衡转化为静态平衡的思想与方法.

(2)通过变式教学、一题多变、改变题设条件，培养学生应变能力和发散思维能力．

(3)通过整合题型和资源，对相似题型进行归类，引导学生对比辨析，提高深度学习的能力．

2.3 科学探究

引导学生经历解决实际问题的全过程，经历观察现象—实验体验—模型构建—理论分析—理论预测—实验检验的科学研究论证的过程，提高学生解决实际问题的能力．

2.4 科学责任与态度

(1)培养准确画图(情境图、受力图)的技能，体验将实际问题转化为物体问题的建模过程(画图建立物理情境、建立数学模型)培养学生规范、严谨细致的习惯.

(2)增强来源生活、最终能够解释生活现象的应用意识，提升研究问题、论证问题的科研意识．

3 教学问题诊断分析

物体的平衡问题是力学体系的基础和核心知识，平衡问题是力学中常见的一种题型，解决平衡问题的基本思路是对物体进行受力分析，根据平衡条件F合=0来求解．而动态平衡问题是指通过控制某些物理量的变化，使物体的状态发生缓慢变化，“缓慢”指物体的速度很小，可近似认为速度为零，所以物体在变化过程中处于平衡状态，把物体的这种状态称为动态平衡状态，其一般关键词有缓慢移动、缓慢变化等．解决此类动态平衡问题有以下3种典型的常见方法．

第一类型：一个力大小方向均确定，一个力方向确定大小不确定，另一个力大小方向均不确定——动态三角形.

如果一个物体在3个力的作用下处于平衡状态，可采用力的三角法则用动态三角形方法来确定其他力的变化规律.画好受力分析图后，将3个力按顺序首尾相接形成力的闭合三角形，然后根据不同类型的不同作图方法，作出相应的动态三角形，从动态三角形边长变化规律看出力的变化规律．具体操作步骤如下：

(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析．

(2)保持重力大小方向不变，将其他两个力向重力平移，使之构成闭合三角形．

(3)结合题意改变力的方向，重新绘制三角形，即可知晓两力的变化情况．

第二类型：多个平衡力中一个力已知恒定，另外两个力的大小或者方向不断变化，但物体仍然平衡，这种情况一般用解析法处理动态平衡问题.

基本思路：选定研究对象，对其作受力分析，在图示特殊位置引入参数(一般为角度，比如可以取参数θ)，按照静态平衡得出力F的表达式，再根据动态变化情况确定参数θ的变化情况，以此打开解答此类问题的第一步．

解析法是解决共点力平衡问题的一般方法，一般应注意以下几点：

(1)该方法不受研究对象、所受外力多少的限制.

(2)关于坐标轴的选取，原则上是任意的，就是说选择不同的坐标轴并不影响运算的结果．但具体应用时又以解题方便的坐标系为最佳选择，例如在静力学问题中一般选含外力多的方向为一个坐标轴的方向，而在今后的动力学问题中一般选加速度或初速度方向为一个坐标轴的方向．解析法——画好受力分析图后，正交分解或者斜交分解列平衡方程，将待求力写成三角函数形式，然后由角度变化分析判断力的变化规律．

第三类型：一个力大小方向均确定，另外两个力大小方向均不确定，但是3个力均与一个几何三角形的三边平行——相似三角形.

在共点力作用下的动态平衡问题中，对受一恒定外力和两方向都变化的另两外力作用而平衡的问题，由于题目中的变量较多，单纯应用平衡条件列出解析方程，往往不易讨论清楚，而此类题目一般在已知量中给出的边长信息较多，在这种情况下，我们采用相似三角形法．

解题步骤：画受力分析图，构建初始力的三角形，然后观察这个力的三角形，发现这个力的三角形与某个几何三角形相似，可知两个三角形对应边长比边长，三边比值相等，再看几何三角形边长变化规律，即可得到力的大小变化规律．

4 教学支持条件分析

本节课需要DIS传感器演示力的动态变化，佛山市第一中学实验室有相应的演示器材和多媒体设备，为本节课提供了充足支持．

5 教学过程设计

5.1 教学流程设计

“物体的动态平衡”教学流程设计如图1所示.

图1 “物体的动态平衡”教学流程

5.2 教学过程设计

基于物理核心素养导向的“物体的动态平衡”一课教学过程设计如表1所示.

表1 “物体的动态平衡”教学过程

续表1.1

续表1.2

续表1.3

6 教学反思

本节课是笔者在佛山市第一中学上的一堂市级公开课的教学设计，一共由3部分构成，即必备知识整合、关键能力提升及课堂内容总结三个大的环节，本节课的教学设计主要通过以下策略来培育学生的核心素养．

(1)物理观念来源于生活，形成于现象分析．本节课从刚刚在武汉举行的军运会中刘洋获得冠军的吊环项目入手，渗透了德智体美劳中“体”的发展，选材紧贴时代背景，弘扬主旋律，引导学生关注国家大事，同时引导学生关注身边发生的物理现象，如起吊机、秋千、晾衣绳、单杠等让学生感知物理来源于生活，为了解释相关的现象，必须借助相关的物理观念．

(2)“变式教学”完备学生认知结构，助力科学思维发展．课堂教学必须以发展学生的思维而教，本节课以“物体的动态平衡”为载体，以变式为手段，通过形异质同或形同质异的问题进行比较性拓展研究，比较其间的异同所在，有利于消除问题间的负迁移，强化正迁移，促进学生认知结构的清晰化，通过情景-变式1～7来进行相似性拓展，并结合图像情境来设置问题，有利于提升物理知识块的组织程度，促进知识板块结构的稳定性，使学生从单一结构水平向多元结构水平，进而上升到拓展结构水平和抽象结构水平，完备学生认知结构．分析学生的认知结构与水平，并对相关教学内容进行加工、重组，形成一条符合学生学习规律的“认知序”，应在知识结构有序建立的基础上，充分重视通过整合重构方法策略，形成一条符合学生发展的“方法序”，在此基础上，经过迁移和变通进一步培养和提高学生的应用能力，形成一条符合学生发展规律的“思维序”，只有这三序合一，学生的学科素养才能够真正地得到提高．

(3)科学探究促进问题解决．本节课通过现象分析、模型构建，通过问题驱动、讨论交流、自主探究、合作学习等多种形式，让科学探究始终贯穿整个教学过程；引导学生经历解决实际问题的全过程，经历观察现象—实验体验—模型构建—理论分析—理论预测—实验检验的科学研究论证的过程，提高学生解决实际问题的能力．

(4)课堂精简总结引领学生科学情感态度与责任．本节课课题结束，引导学生思考本节课对学生的学习方式，学习方法有怎样的启发，引导学生提出，动态平衡处理方法是“化动为静”，动态三角形和相似三角形方法是数形结合的典范，归类整合，对比辨析是完善认知结构的一种重要方法.通过这些引导，让学生站在更高的角度去思考学习和生活中的问题，对学生一生的发展将是非常有利的．